Продемонстрирована самая чувствительная система для

Продемонстрирована самая чувствительная система для измерения сил (Компьюлента)
gazeta59@bk.ru
Выпуск № 132
Физики из Национального института стандартов и технологий (США)
сумели зарегистрировать силу в 174 иН (йоктоньютон, 10-24 Н), обновив
рекорд чувствительности измерений.
В экспериментах использовались группы ионов бериллия 9Be+, помещенные в ловушку
Пеннинга. Осевое и радиальное смещения заряженных частиц в такой ловушке контролируют
сильное однородное магнитное поле (в данном случае было выбрано поле с индукцией в 4,5
Тл) и электрическое поле. Температура ионов понижалась до требуемых значений по методике
доплеровского охлаждения.
Для того чтобы воздействовать на колеблющиеся ионы с некоторой силой, авторы
подавали напряжение на один из электродов ловушки. Изменения фиксировались с помощью
лазера по технологии измерения скорости с использованием эффекта Доплера.
Наилучших результатов — регистрации действия силы в 174 иН — ученые добились в
опытах с участием группы из 60 ± 5 ионов 9Be+. Это значение соответствует чувствительности в
Ловушка Пеннинга (фото с сайта Nscl.Msu.Edu).
(390 ± 150) иН/Гц1/2, более чем на три порядка превосходящей возможности наноразмерных механических резонаторов, которые измеряют аттоньютоны (10-18 Н).
Чувствительность этого способа, что вполне естественно, увеличивается по мере сокращения числа удерживаемых в ловушке ионов;
для одной частицы она, по расчетам авторов, должна составлять (50 ± 20) иН/Гц1/2. Если число ионов, напротив, увеличить до 106, система
приобретет высокую чувствительность к электрическим полям (около 500 нВ/Гц1/2).
Препринт статьи можно загрузить с сайта arXiv.
Подготовлено по материалам Technology Review.
В лунных кратерах обнаружены миллионы тонн воды
(3DNews)
Ученым NASA удалось обнаружить на северном полюсе Луны множество
заполненных льдом кратеров. Согласно официальному пресс-релизу, данные были
получены со спутника «Чандраян-1» (Chandrayaan-1). Найдено 40 кратеров
диаметром от 2 до 15 километров и по предварительным оценкам запасы воды в них
составляют свыше 600 миллионов тонн.
По мнению ученых, на Луне могут быть еще большие запасы воды. Лед попал в
кратеры с комет, падавших на поверхность спутника. Ученые NASA уверены, что в
будущем на Луне могут быть построены базы и запасы льда станут практически неис-
сякаемым источником питьевой воды. Кроме того, лед может быть растоплен и разделен на водород и кислород, который можно использовать в качестве ракетного топлива.
К сожалению, этим глобальным планам не суждено сбыться до 2020 года, поскольку согласно принятому недавно федеральному
бюджету, подготовка полета на Луну временно приостановлена.
Зонд "Чандраян-1" был запущен в октябре 2008 года, а уже в ноябре он вышел на орбиту Луны. Там он проработал вплоть до августа
2009 года, после чего был снят из-за технических проблем.
Напомним, что еще в прошлом году зонд LCROSS, упавший на поверхность Луны, нашел доказательства присутствия там значительного количества воды. Проанализировав данные, полученные зондом, ученые заключили, что на спутнике Земли вода точно есть, но
тогда никто и подумать не мог, что в таких количествах.
Создана чрезвычайно надежная наноразмерная игла для атомно-силового микроскопа (Компьюлента)
Инженеры из Исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе
(Швейцария), Пенсильванского и Висконсинского университетов (оба — США)
создали надежную наноразмерную иглу из алмазоподобного углерода с
кремнием, предназначенную для использования в атомно-силовом микроскопе.
Свойства тонких пленок такого материала авторы уже изучали, однако
изготовить целый наконечник из алмазоподобного углерода им пока не удавалось. На сей раз они использовали оригинальную многоступенчатую
технологию формирования иглы на стандартном кремниевом кантилевере.
В ходе тестирования новой иглы ее проводили по поверхности диоксида
кремния — материала, который часто используется в технологических
процессах. Опытный образец показал высокую износостойкость, значительно
опередив обычный кремний: при перемещении на 1 мкм вдоль подложки
наконечник терял лишь один атом.
Авторам также удалось показать, что с переходом к наноразмерным
структурам классическая модель износа, предложенная Арчардом, перестает
работать. Это вполне объяснимо, так как многие влияющие на износ и
прочность крупных образцов факторы (дефекты, трещины) в микромире теряют
свое значение.
Кремниевый кантилевер и игла из алмазоподобного углерода с кремПолная версия отчета будет опубликована в журнале Nature нием (иллюстрация авторов работы).
Nanotechnology.
Подготовлено по материалам Пенсильванского университета.
В России разработана методика получения алмаз-графитовых элементов для электронных
компонентов (Компьюлента)
Сотрудники Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН)
разработали методику получения в алмазе тончайших графитизированных слоёв. Их уникальные свойства в совокупности с технологией
фотолитографии по алмазу позволяют использовать алмаз-графитовые
структуры в производстве различных элементов электроники и
оптоэлектроники.
Кремний, германий, арсенид галлия и т. п. — основа современной
электроники. Но они во многом уже исчерпали свои возможности; впереди
— освоение новых материалов и технологий. По мнению учёных, в этом
смысле весьма перспективен алмаз, идеальный по всем свойствам
материал для создания электронных компонентов, способных работать в
жёстких условиях эксплуатации (высокие температуры и уровни радиации,
агрессивные химические среды).
Методика получения алмаз-графитовых структур разработана в Часть планарной линейки, предназначенной для детектирования УФ и рентгеновского излучения. Основу её электродов составляет тонкий графитизироФИАНе научной группой, руководимой доктором физ.-мат. наук Алексеем ванный слой, расположенный в алмазе на глубине 0,5 мкм (он проявляется
Гиппиусом. Технология, созданная Романом Хмельницким и Валерием зелёным интерференционным цветом).
Дравиным, стала одним из прикладных аспектов многолетних исследований микрофизики процесса графитизации алмаза — фазового перехода I рода в твёрдом состоянии.
«Алмаз и графит — простейшие вещества, состоящие из углерода, но с разными кристаллическими решётками и химическими связями
между атомами. Поэтому алмаз — твёрдый, графит — мягкий; алмаз — прозрачный, графит — чёрный; алмаз — изолятор, графит — проводник;
химически алмаз — исключительно стойкий материал, графит же травится даже слабыми кислотами. Иначе говоря, алмаз и графит — принципиально противоположные по всем свойствам вещества. Вот почему переход алмаз — графит можно считать эталонным фазовым переходом I
рода в твердой фазе», — поясняет старший научный сотрудник, кандидат физ.-мат. наук Роман Хмельницкий.
Однако процесс графитизации алмаза почти никогда не происходит самопроизвольно, для его трансформации в графит нужно преодолеть мощный энергетический барьер. Одним из способов преодоления этого барьера является радиационное повреждение, а самой эффективной технологией считается ионная имплантация.
«Суть этой технологии в том, что ионы с энергией в десятки и сотни килоэлектронвольт выбивают из кристаллической решетки атомы,
после чего твёрдое тело для восстановления его кристаллической структуры подвергается высокотемпературному отжигу, — комментирует Роман Хмельницкий. — Однако сильно дефектный алмаз свою структуру при отжиге не восстанавливает, а переходит в состояние, при котором
атомы, как в графите, связаны sp²-связями. В результате в облучённой области создаются тонкие графитизированные слои, окружённые со всех
сторон алмазом, и тем самым защищённые как химически, так и механически. Методом ионной имплантации можно создавать в алмазе слои
толщиной от нескольких микронов до 10 нм на определённой глубине, а графитизированные слои в алмазе — это проводник в изоляторе, токопроводящая дорожка или электрод».
Однако не всё так просто. Основной технологией современной микроэлектроники является фотолитография (метод нанесения на материал «очертаний» будущей микросхемы), однако алмаз и фотослой — из-за низкой адгезии вещи почти несовместные. К счастью, сотрудникам
ФИАНа вместе со специалистами из НИИ «Пульсар» удалось преодолеть все технологические трудности, создав, по сути, фотолитографию по
алмазу.
Слово Роману Хмельницкому: «Сначала мы напыляем на алмаз металл, но далеко не любой, а только тот, что хорошо контактирует с углеродом. То есть получается фотолитография не по алмазу, а по металлу, который используется в качестве маски. Для ионной имплантации
приходится использовать двух- и трёхслойные металлические покрытия».
До недавнего времени алмаз не считался перспективным электронным материалом, чему причиной дороговизна природных алмазов, малость доступных образцов и низкое качество материала. Ситуацию переломило создание технологий выращивания синтетических алмазов достойного качества, а также появление перспектив получения алмазных пластин относительно большой площади (сейчас речь идет о 2-дюймовых
пластинах). Ну а конкретные методики «обуздания» алмаза в практических целях (вроде той, что описана выше) делают эту кристаллическую
модификацию углерода реальным участником электронного рынка.
Силовые свойства графена исключительны (Cnews.ru)
Графен способен стать силовой основой сверхпрочных композитов.
Как показали результаты исследования, проведенного профессором политехнического института Ренселье Нихилом Кораткаром (Nikhil
Koratkar), графен благодаря своим исключительным механическим свойствам способен стать силовой основой сверхпрочных композитных материалов на эпоксидной основе.
Графен представляет собой одну из форм (аллотропных модификаций) углерода - плоский одноатомный слой атомов углерода, структурно напоминающий отдельную плоскость трёхмерной кристаллической решётки графита. Результаты исследований профессора Кораткара в
области использования графена для повышения прочностных характеристик эпоксидных композитов представлены в работе Fracture and
Fatigue in Graphene Nanocomposites, опубликованной в журнале Small, а также в ряде других публикаций.
Графен, помимо механических свойств, отличается высокой теплопроводностью и высокой подвижностью носителей при комнатных температурах, что позволяет рассматривать его как перспективную полупроводниковую наноструктуру. По мнению профессора Кораткара, графен
по своим механическим свойствам превосходит даже углеродные нанотрубки. Добавление в структуру эпоксидной смолы 0,1% (по весу) графена по воздействию на прочность состава равносильно добавлению 1% углеродных нанотрубок. Устойчивость к усталостным разрушениям возрастает на два порядка. Трещиностойкость (fracture toughness) эпоксидной смолы при добавлении 0,125% графена возрастает на 65%, а скорость распространения трещин снижается в 25 раз.
Секрет механических свойств графена - в топологических свойствах взаимосвязанных друг с другом листов графена, их шероховатой поверхности, обеспечивающей высокое сцепление с полимером, и значительно большей, нежели в случае нанотрубок, площади взаимодействующей с полимерной основой поверхности. Графен, кроме того, относительно дёшев в изготовлении по сравнению с нанотрубками.